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1、天津大学硕士学位论文数字分析-频率跟踪型LDA的信号处理方法研究姓名：路绯申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：刘昌文2002.1.1摘要摘要f 激光多普勒测速( L a s e rD o p p l e rV e l o c i m e tr y ，或L D A ) 技术是一种先进的非接触式速度蒯量技术它已经在工程热物理、流体力学、化学工程、生物医学工程大气科学等复杂流动测试领域发挥着重要的作用但是由于L D A 多用于环境较为恶劣的场合，从而造成L D A 鲴船率太低国外为提高L D A 系统的噪声适应能力，普遍采用的方法是使用大功率的激光器作光源，并使用数字分析频谱分析技术处理L D
2、 A 信号；国内也研究成功了数字频谱分析技术，还探索了利用频率跟踪原理的带宽压缩技术我们认为：将带宽压缩技术和数字分析技术相结合，构造一种新的L D A 系统即数字分析一频率跟踪型L D A 系统，可以改变目前L D A测量中数字分析技术和频率跟踪技术相互独立无法同时发挥其所长的状况，可望使L D A 系统的噪声适应能力进一步提高一个数量级，同时还能简化L D A 的结构、降低仪器的造价，对我国L D A 的研究和普及具有重要的意义但是如何将数字分析技术应用于多普勒信号处理领域设计出数字分析型L D A 信号处理器在我国还不成熟，有待于进一步的发展随着现代P C 微机处理速度和性能的日益提高，
3、基于P C 微机的数字分析型L D A 信号处理器具有越来越好的应用前景如果以基于P c 机的数字分析型信号处理器构成数字分析频率跟踪型L D A 系统，用作数字频谱分析的P c 机还可以完成光学频移量的智能控制本文的研究重点之一就是如何将数字分析技术应用于多普勒信号处理领域，从噪声干扰中提取出多普勒信号的有效频率成分本文的另一个研究重点就是以如何提高L D A 信号处理的频率分辨率为中心，在介绍有关方法和概念的基础上，进行仿真分析研究，确定了利用比值法和相位差比较法为最终使用方案并针对L D A 信号的特点对已有的频率校正方法做了改进研究从而解决了单纯使用数字分析方法频率分辨率不够的问题、，
4、 此外本文针对L D A 信号的特点和构成数字分析一频率跟踪型L D A 的需要，设计开发了一套基于P C 微机的数字相关型L D A 信号处理器该处理器的硬件电路主要是由A D 转换器数据缓存R A M 、自动地址指针计数器、包络起始时刻记录器和逻辑控制电路组成硬件部分主要完成对多普勒信号电压值的离散化和记录包络起始的时刻，并将其送入到P C 机进行分析处理，从而获得速度信息在开发硬件采集电路的同时，还利用v is t l a lc + + 6 o 工具软件编写了基于该逻辑时序控制电路的信号处理软件( 浚软件主要由以下三个模块组成：信号采集模块，频谱分析模块和显示模块，该软件使得L D A
5、的实际测量过程容易分析和监视。利用对固体表面运动场和液体流场的实际测量，对所开发的数字分析型L D A 信号处理器进行了实验研究，验证了本文阐述的频谱分析方法的噪声适应能力和频率校正方法的精、 度文芙键词：激光多博勒测速；L D A 信号处理；数字分频率跟踪；频率校止jI 英文摘要A B S T R A C TL a s e rD o p p l e rA n e m o m e t r y ，o rL D Ai sam o d e mt e c h n i q u ef o rt h em e a s u r e m e n to ff l o wv e l o c i t y I th a
6、 sb e e np o p u l a r l yu s e di nm a n yf i e l d ss u c ha sc h e m i s t r ys c i e n c e ，b i o l o g ys c i e n c e ，h y d r o m e c h a n i c ss c i e n c e B u tL D Ai so f t e na p p l i e di nt h ee x e c r a b l ec i r c u m s t a n c ew h i c hm a k e st h ep o o rL D As i g n a l I nt
7、h ef o r e i g nc o u n t r y , P e o p l eo f t e nu s et h eh i g hp o w e rl a s e rt om a k et h eS N Rb e t e ga n da p p l yt h ed i g i t a ls p e c t r u mm e t h o dt oa n a l y z et h eL D As i g n a lI no u rc o u n t r y ,s o m ep e o p l eh a v eu s e dt h ed i g i t a ls p e c t r u mm
8、 e t h o d B u tt h ed e v e l o p m e n ti sn o tv e r ym a t u r e I no r d e rt oe n h a n c et h eS N Ro fL D As i g n a l ，w et h i n kt h a ti fw ec o m b i n et h ef r e q u e n c yt r a c k i n gt e c h n i q u e sa n dd i g i t a la n a l y z i n gt e c h n i q u e s ，An e wL D As y s t e m
9、 sc a l l e dD i g i t a lA n a l y z i n g _ T r a c k i n gL D As y s t e mc a nb ed e s i g n e d W ec a ns i m p l et h es t r u c t u r eo fL D As y s t e m ，i m p r o v et h eS N Ro fL D As y s t e m ，l o w e rc o s ta n dp r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fL D As y s t e mi no urc o u n
10、 t r y H e r e t o f o r e ，h o wt oa p p l yt h ed i g i t a la n a l y z i n gt e c h n i q u e si nt h eL D As i g n a lp r o c e s s i n gd o m a i ni sb o r nn o tl o n ga g o W i t ht h ed e v e l o p m e n to fP C ，t h eL D As i g n a lp r o c e s s o rb a s e dO l it h eP Cn l u 3 th a v eab
11、 e n e rf u t u r e I fw ea p p l yt h eL D As i g n a lp r o c e s s o rb a s e do nt h eP Ct oa n a l y s et h es i g n a l ，w ec a na l s oU S et h eP Ct oc o n t r o lt h ef r e q u e n c ys h i f S oo n eo f t h eb e a np a n so f t h i sd i s s e r t a t i o ni st h ea p p l i c a t i o no fd
12、i g i t a l - - a n a l y z i n gm e t h o di nt h eL D As i g n a lp r o c e s s o rt og e tt h es i g n a lf r e q u e n c yf r o mt h ep o o rL D As i g n a l A n o t h e rh e a r tp a r to f t h ed i s s e r t a t i o ni sh o wt oe n h a n c et h ef r e q u e n c yr e s o l v i n ga b i l i t y
13、H e r ew eh a v ei m p r o v e dt h es e c o n dp h a s ed i f f e r e n c e c o r r e c t i o nm e t h o da n dr a t i oc o r r e c t i n gm e t h o dt or e c t i f yt h ep o o rf r e q u e n c yp r e c i s i o no fL D Ad i g i t a l - - a n a l y z i n g I nt h i sd i s s e r t a t i o naD i g i t
14、 a l - - A n a l y z i n gL D Ap r o c e s s o rb a s e do nt h eP Ch a sb e e nd e v e l o p e dw h i c hp r o c e s sL D As i g n a ld i g i t a l l y T h eh a r d w a r ei sm a d eo fA De o n v e r c e LR A M ，A d d r e s sC o u n t e r , B u r s tD e t e c t o r , e t c T h em a i nf u n c t i o
15、 no fi ti st og a t h e rt h eL D As i g n a la n dr e c o r dt h eb e g i n n i n gt i m eo ft h eb u r s t A n dt h es o f t w a r eo ft h eL D As y s t e mh a sb e e np r o g r a m m e dw i t hV i s u a lC + + 6 0 I ti sm a d eu po fD a t aA c q u i r i n gU n i t D a t aA n a l y z i n gU n i ta
16、 n dV e l o c i t yD i s p l a y i n gU n i t T h es o f t w a r ec a bm a k eu sm o n i t o rt h ev e l o c i t yc h a n g e se a s i e r T h en e wD i g i t a l - - A n a l y z i n gL D As i g n a lp r o c e s s o rh a sb e e nu s e dt oM e a s u r et h ev e l o c i t i e so tt h es o l i ds u r f a c ea n dl i q u i df l o w st e s t T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h ep r a c t i c a b i l i t yo ft h ed i g i t a la n a l y
